Polimerizzazione in emulsione: differenze tra le versioni

Versione delle 11:21, 24 lug 2009

Versione attuale delle 03:37, 13 giu 2025

(46 versioni intermedie di 29 utenti non mostrate)

Riga 1:

La '''polimerizzazione in emulsione''' è un tipo di [[polimerizzazione a catena]] radicalica in cui l'[[ambiente di reazione]] è inizialmente costituito da un [[monomero]], un [[solvente]] (in genere [[acqua]]) e un [[tensioattivo]]. Il tensioattivo ha lo scopo di stabilizzare la formazione di piccole gocciolinegocce di monomero, che costituiscono la [[fase (chimica)|fase]] dispersa del sistema, mentre il solvente acquoso costituisce la fase continua. PossonoIl inoltremonomero esserenon presentiè deglisolubile agentiin [[emulsificante|emulsificanti]]acqua, oma [[stabilizzante|stabilizzanti]],lo qualiè l'[[AlcoolPolimerizzazione polivinilicoradicalica|alcool polivinilici]] oppure [[idrossietilcellulosainiziatore]].

{{voce complessa |Polimerizzazione |Polimerizzazione a catena|Emulsione|Fase (chimica)}}

Possono inoltre essere presenti degli agenti [[Emulsionante|emulsionanti]] o [[Stabilizzante e lubrificante plastico|stabilizzanti]], quali [[Alcool polivinilico|alcool polivinilici]] oppure [[idrossietilcellulosa]].

[[File:Emulsion Polymerization Cartoon 3.svg|thumb|400px|Rappresentazione del processo di polimerizzazione in emulsione.]]

I risultati della prima reazione di polimerizzazione in emulsione furono pubblicati nel [[1927]] da Ray P. Dinsmore.<ref>https://www.google.com/patents?id=wWRbAAAAEBAJ&printsec=abstract&zoom=4</ref>

La '''polimerizzazione in emulsione''' è un tipo di [[polimerizzazione a catena]] radicalica in cui l'ambiente di reazione è inizialmente costituito da un [[monomero]], un [[solvente]] (in genere [[acqua]]) e un [[tensioattivo]]. Il tensioattivo ha lo scopo di stabilizzare la formazione di piccole goccioline di monomero, che costituiscono la [[fase (chimica)|fase]] dispersa del sistema, mentre il solvente acquoso costituisce la fase continua. Possono inoltre essere presenti degli agenti [[emulsificante|emulsificanti]] o [[stabilizzante|stabilizzanti]], quali [[Alcool polivinilico|alcool polivinilici]] oppure [[idrossietilcellulosa]].

==Meccanismo==

Nel processo di polimerizzazione in emulsione non si ha la formazione di [[composti organici volatili]].

[[File:Emulsion Polymerization Cartoon 3it.svg|thumb|400pxupright=1.8|Rappresentazione del processo di polimerizzazione in emulsione.]]

I primi studi per spiegare nel dettaglio il meccanismo della polimerizzazione in emulsione risalgono al [[1940]], ad opera di Smith e Ewart,<ref>Smith, W. V.; Ewart, R. H. ''J. Chem. Phys.'', (1948), '''16''', 592.</ref> e Harkins.<ref>Harkins, W. D. ''J. Am. Chem. Soc.'', (1947), '''69''', 1428.</ref>

Secondo la '''teoria di Smith-Ewart-Harkins''' la polimerizzazione in emulsione avviene attraverso le seguenti fasi:

* il monomero viene disperso o emulsionificato in una soluzione acquosa contenente il tensioattivo, formando grosse gocce di monomero circondate dal solvente (acqua);

* il tensioattivo in eccesso forma delle micelle nell'acqua; in tali micelle le teste polari del tensioattivo sono rivolte verso l'esterno della micella, mentre le code apolari sono rivolte verso l'interno; la quantità di micelle che si forma dipende dalla quantità di tensioattivo, che deve essere maggiore della "[[concentrazione micellare critica]]" (CMC); le dimensioni sono di 100-200 Ǻ e la concentrazione di 1014 micelle/cm³;

* piccole quantità di monomero sono solubilizzate in acqua;

* viene introdotto un iniziatore (idrosolubile) che forma una specie radicalica; quando il radicale incontra il monomero solubile in acqua si ha la formazione di una specie oligomerica (z-amero) che rapidamente diventa incompatibile con il mezzo acquoso e diffonde verso le fasi disperse presenti nel sistema (micelle o gocce di monomero); siccome l'area totale della superficie delle tantissime micelle (che si comportano da "reattori") è maggiore dell'area delle poche gocce di dimensioni maggiori di monomero ("serbatoi" di reagente), lo z-ametro diffonderà prevalentemente all'interno delle micelle;

* propagazione della polimerizzazione all'interno delle micelle (con allungamento della catena polimerica); quindi le micelle rigonfiano e le gocce serbatoio continuano per diffusione a rifornire di monomero le micelle; si ha la formazione di un "lattice" costituito da queste gocce rigonfiate di monomero/polimero, le quali però tendono a collassare quindi è necessaria una vigorosa agitazione;

* terminazione del processo di polimerizzazione all'interno delle micelle, in seguito all'arrivo del secondo radicale; ogni 10 secondi si avrà terminazione (che dura altrettanti 10 secondi); le micelle sono pertanto attive solo per la metà del tempo, o, viceversa, nello stesso tempo sono attive la metà delle micelle;

* quando la percentuale di conversione supera il 70%, le gocce serbatoio non riescono più a rifornire di monomero le micelle-reattori e quindi la concentrazione del monomero nel "lattice" diminuisce, tendendo a diminuire la velocità di polimerizzazione;

* altro monomero o iniziatore può essere introdotto all'interno del sistema, in modo da continuare il processo.

Il prodotto finale del processo, talvolta chiamato impropriamente "emulsione", è in realtà una [[Dispersione (chimica)|dispersione]].

La teoria di Smith-Ewart-Harkins non prevede il caso in cui il monomero sia parzialmente solubile in acqua (come avviene nel caso del metilmetacrilato o del vinilacetato), in questo caso si può avere [[nucleazione]] omogenea, ovvero il polimero può formarsi anche in assenza di tensioattivo.<ref>Fitch, R. M. ''Polymer Colloids'', Plenum, NY 1971.</ref>

==Vantaggi e svantaggi==

; Vantaggi:

* viscosità ridotta;

* nella polimerizzazione in emulsione si hanno elevate [[velocità di reazione|velocità di polimerizzazione]] e si ottengono molecole ad elevato [[peso molecolare]];

* la presenza dell'acqua come solvente assicura una rimozione del [[calore]] di reazione piuttosto efficiente;

* siccome il polimero viene circondato dal tensioattivo, la [[viscosità]] del sistema non si discosta molto da quella dell'acqua, e in questa maniera non si va incontro all'[[effetto gel]];

* nel caso in cui il [[prodotto (chimica)|prodotto finale]] èsia l'emulsione stessa, non si ha bisogno di ulteriori [[operazione unitaria|operazioni]] di separazione.;

Nel processo di polimerizzazione in emulsione* non si ha la formazione di [[composti organici volatili]].

;Svantaggi:

* il tensioattivo e gli altri [[additivo|additivi]] aggiunti durante il processo di polimerizzazione non sono facilmente separabili dal prodotto finale;

* nel caso in cui il prodotto finale èsia il polimero [[solido]], è necessario fornire una elevata quantità di calore per allontanare l'acqua dall'emulsione.

==Polimeri per emulsione==

Ecco una lista di polimeri ottenibili tramite il processo di polimerizzazione per emulsione:<ref>{{Cita web |url=http://www.gianniberti.it/Editoriali/Polimeri_in_Emulsione/emulsioni.html |titolo=Polimerizzazione in emulsione |accesso=27 luglio 2009 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070630040346/http://www.gianniberti.it/Editoriali/Polimeri_in_Emulsione/emulsioni.html |dataarchivio=30 giugno 2007 |urlmorto=sì }}</ref>

* [[polivinilacetato]] (PVAc)

* [[policloroprene]]

* [[poliacrilati]]

* [[polivinilcloruro]] (PVC)<ref>{{cita libro|cognome= Turco |nome= Antonio |titolo= Nuovissimo ricettario chimico |url= http://books.google.com/books?id=V9GvpR79iAkC&hl=it&source=gbs_navlinks_s |edizione= 3 |anno= 1990 |editore= Hoepli |ISBN= 88-203-1837-7 |p= 329 }}</ref><ref>{{cita libro|cognome= Villavecchia |nome= Vittorio |coautori= G. Eigenmann, I. Ubaldini |titolo= Nuovo dizionario di merceologia e chimica applicata |url= http://books.google.com/books?id=dvSQgB2qTI0C&hl=it&source=gbs_navlinks_s |anno= 1976 |editore= Hoepli |ISBN= 88-203-1045-7 |pp= 2558-2561 }}</ref>

* [[poliacrilammide]]

* [[copolimero|copolimeri]] del [[polistirene]]

* [[polibutadiene]]

* [[poliacrilonitrile]] (PAN)

* [[politetrafluoroetilene]] (PTFE)<ref>[http://www.ovest.it/mpe/documenti/fluoropo.htm fluoropolimeri<!-- Titolo generato automaticamente -->]</ref>

* [[polistirene]] (PS).

==Note==

<references/>

==Bibliografia==

* {{cita libro|cognome= Odian |nome= George G. |titolo= Principles of polymerization |url= http://books.google.com/books?id=6cjgZbFHI4kC&hl=it&source=gbs_navlinks_s |anno= 2004 |editore= John Wiley and Sons |edizione= 4|ISBN= 0-471-27400-3|lingua= inglese|pp= 350-371}}

* {{cita libro|cognome= van Herk |nome= Alex |titolo= Chemistry and technology of emulsion polymerisation |url= http://books.google.com/books?id=JOFhQ7EKYBoC&hl=it&source=gbs_navlinks_s |anno= 2005 |editore= Wiley-Blackwell |ISBN= 1-4051-2113-0 |lingua= inglese}}

* {{cita libro|cognome= Gilbert |nome= Robert G. |titolo= Emulsion polymerization: a mechanistic approach |url= http://books.google.com/books?id=WC5RAAAAMAAJ&hl=it&source=gbs_navlinks_s |anno= 1995 |editore= Academic Press |ISBN= 0-12-283060-1 |lingua= inglese}}

* {{cita libro|cognome= Piirma |nome= Irja |titolo= Emulsion polymerization |url= http://books.google.com/books?id=WC5RAAAAMAAJ&hl=it&source=gbs_navlinks_s |anno= 1982 |editore= Academic Press |lingua= inglese}}

* M.Guaita,F.Ciardelli,F.La Mantia,E.Pedemonte; Fondamenti di scienza dei polimeri; Edizione Nuova Cultura; pag. 676-691; ISBN 88-89362-90-1

==Voci correlate==

* [[Polimerizzazione]]

* [[Polimerizzazione a catena]]

== Altri progetti ==

{{Polimeri}}

{{interprogetto}}

{{Portale|ingegneria|chimica}}

== Collegamenti esterni ==

[[Categoria:Chimica industriale]]

* {{Collegamenti esterni}}

[[Categoria:Polimeri]]

{{Polimeri}}

{{portale|chimica|ingegneria}}

[[Categoria:Reazioni di polimerizzazione]]

[[en:Emulsion polymerization]]